中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二氧化碳加氫制芳烴研究取得進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于CO2轉(zhuǎn)化工作。利用氫將CO2轉(zhuǎn)化為燃料及化學(xué)品是實(shí)現(xiàn)CO2減排和碳資源可持續(xù)利用的重要策略。該研究團(tuán)隊(duì)基于CO2在ZnZrO固溶體上加氫制備甲醇以及CO2在ZnZrO/SAPO串聯(lián)體系上加氫制備低碳烯烴的研究成果，進(jìn)一步構(gòu)建了ZnZrO/ZSM-5串聯(lián)催化劑體系。該催化劑可高選擇性地將CO2加氫轉(zhuǎn)化為芳烴，在CO2單程轉(zhuǎn)化率為14%時(shí)，芳烴的選擇性為73%～78%。研究中發(fā)現(xiàn)CO2加氫轉(zhuǎn)化為芳烴的關(guān)鍵是串聯(lián)催化劑的有效協(xié)同作用。紅外光譜、化學(xué)捕獲等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO2和H2在ZnZrO固溶體氧化物上被活化生成CHxO中間物種，CHxO從ZnZrO表面遷移到分子篩孔道中，進(jìn)而生成芳烴。串聯(lián)催化劑之間的協(xié)同機(jī)制以及關(guān)鍵中間物種CHxO的表面遷移，實(shí)現(xiàn)了CO2加氫直接轉(zhuǎn)化為芳烴反應(yīng)在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的耦合。

研究結(jié)果還表明，CO2加氫反應(yīng)中生成的H2O對(duì)烯烴的芳構(gòu)化有明顯的促進(jìn)作用。由于在反應(yīng)體系中H2O及CO2的存在，其提供了弱氧化氛圍，抑制了催化劑上多環(huán)芳烴的生成，延長(zhǎng)了催化劑的壽命，該催化劑在100 h的反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有明顯失活。